2015年，瑞典烏普薩拉大學(xué)的進(jìn)化微生物學(xué)家Thijs Ettema領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在Nature期刊發(fā)表論文，發(fā)現(xiàn)了一種全新的古菌——洛基古菌（Lokiarchaeota），并解析了其的 DNA 序列。此后幾年內(nèi)，該團(tuán)隊和其他研究人員又發(fā)現(xiàn)了與洛基古菌有關(guān)的幾種新古菌，分別命名為索爾古菌（Thorarchaeota）、奧丁古菌（Odinarchaeota）、海姆達(dá)爾古菌（Heimdallarchaeota）等，他們將這些新古菌以北歐神話中的神域阿斯加德（Asgard）命名。
2021年，深圳大學(xué)高等研究院李猛教授團(tuán)隊在Nature期刊發(fā)表論文，進(jìn)一步擴(kuò)展了“阿斯加德”古菌的系統(tǒng)發(fā)育多樣性，將“阿斯加德”古菌從原有的 6 個門增加到 12 個門，并將其中一個門命名為悟空古菌（Wukongarchaeota）。讓中國古代神話與北歐神話來了一次聯(lián)動。
這些“阿斯加德”古菌的發(fā)現(xiàn)，重新激起了生命域真實數(shù)量（目前生命域被分為細(xì)菌域、古菌域和真核域）以及真核生命起源（內(nèi)共生學(xué)說認(rèn)為，原始真核細(xì)胞吞下了細(xì)菌，最終演化出了真核生物）的爭論。“阿斯加德”古菌被歸類于古菌，但具有多個真核生物的標(biāo)志性蛋白（例如肌動蛋白），那么，生命是否因該被分為兩個域？真核生物和古菌同屬一個域？真核生物是否有古菌通過內(nèi)共生直接演化而來？
2025年3月21日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Martin Pilhofer實驗室在Cell期刊發(fā)表了題為：Microtubule in Asgard archaea的研究論文。
該研究首次在“阿斯加德”古菌中發(fā)現(xiàn)了能夠形成微管纖維的異源二聚體微管蛋白，為微管的進(jìn)化起源提供了新視角。
微管結(jié)構(gòu)，長期以來被認(rèn)為是真核生物（包括人類、動植物等）的“獨家專利”，而這項最新研究徹底改寫了這一認(rèn)知，這不僅填補(bǔ)了生命進(jìn)化樹上的關(guān)鍵空白，更為破解真核生物起源之謎提供了決定性證據(jù)。
突破性發(fā)現(xiàn)：古菌中的“細(xì)胞骨架”
在深海水熱噴口等極端環(huán)境中，存在著一個被稱為“阿斯加德”古菌的神秘族群。它們被認(rèn)為是真核生物在進(jìn)化樹上最親近的“表親”，此前已被發(fā)現(xiàn)其擁有真核生物特有的肌動蛋白。而在這項最新研究中，研究團(tuán)隊通過冷凍電鏡斷層掃描技術(shù)，在最早被發(fā)現(xiàn)的“阿斯加德”古菌——洛基古菌的細(xì)胞內(nèi)捕捉到了令人震驚的畫面：其細(xì)胞體和突起中存在著直徑為 12-18nm 的管狀結(jié)構(gòu)，長度可達(dá) 1.7 微米。研究團(tuán)隊使用超分辨率膨脹顯微鏡發(fā)現(xiàn)，特定生長階段的洛基古菌細(xì)胞內(nèi)存在微管蛋白組成的纖維網(wǎng)絡(luò)。
解碼古菌微管的分子奧秘
研究團(tuán)隊通過蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)了洛基古菌兩個高表達(dá)的微管蛋白基因 AtubA/B，AtubA/B 蛋白像真核生物的 α/β 微管蛋白一樣，形成精密配對的異源二聚體，體外實驗證實，這些蛋白能在數(shù)秒內(nèi)自主組裝成兩種微管：標(biāo)準(zhǔn)型：5 根原絲組成的微管，與真核微管共享 M-loop 側(cè)向連接方式；變體型：AtubB2 替代 AtubB 后形成 7 原絲結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)獨特的組裝機(jī)制。
改寫教科書：微管的遠(yuǎn)古起源之謎
這項研究顛覆了三個傳統(tǒng)認(rèn)知：
1、時間線前移：微管的形成能力早在 20 億年前的古菌中就已存在；
2、進(jìn)化中間體：古菌微管兼具細(xì)菌 BtubA/B 的簡單性和真核微管的復(fù)雜性；
3、功能多樣性：AtubB2通過競爭性置換調(diào)控微管組裝，揭示早期細(xì)胞骨架的調(diào)控雛形。
特別值得注意的是，古菌微管不需要真核生物復(fù)雜的伴侶蛋白協(xié)助組裝，這為開發(fā)新型生物材料提供了靈感。
生命起源的新啟示
這項突破性發(fā)現(xiàn)為生命起源研究開辟了新方向：
● 填補(bǔ)缺失環(huán)節(jié)：解釋了真核生物復(fù)雜細(xì)胞結(jié)構(gòu)如何從古菌祖先演化而來；
● 改寫生命進(jìn)化樹：為“真核生物起源于古菌內(nèi)共生”假說提供了關(guān)鍵證據(jù)；
● 技術(shù)新突破：建立了古菌蛋白在真核表達(dá)系統(tǒng)中的純化方法，為研究其他遠(yuǎn)古蛋白奠定基礎(chǔ)。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊正在嘗試培養(yǎng)更多“阿斯加德”古菌，以期直接觀察活體細(xì)胞內(nèi)的微管動態(tài)。正如通訊作者M(jìn)artin Pilhofer教授所說：我們正在目睹生命復(fù)雜性的第一個火花，這些古菌細(xì)胞里蘊(yùn)藏著整個真核生物的進(jìn)化藍(lán)圖。
這項載入教科書的發(fā)現(xiàn)告訴我們：生命的偉大創(chuàng)新往往源于分子層面的微小突破。當(dāng)古菌祖先第一次將蛋白質(zhì)組裝成微管時，誰又能想到，這個簡單的結(jié)構(gòu)最終會演化成支撐起整個復(fù)雜生命世界的細(xì)胞骨架呢？在深海古菌的微觀世界里，記錄著關(guān)于生命起源的誘人篇章。
據(jù)悉，論文共同第一作者許靖蔚博士將于2025年8月全職加入西湖實驗室/西湖大學(xué)生命學(xué)院。其研究方向?qū)⒔Y(jié)合多尺度成像技術(shù)（包括冷凍電鏡單顆粒，原位冷凍電鏡斷層掃描、膨脹顯微成像等）和不同組學(xué)來研究細(xì)胞在應(yīng)對外界環(huán)境變化時其胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)（主要關(guān)注不同纖維網(wǎng)絡(luò)）的重塑。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00254-5
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